44 години по-късно мечтата на Файнман се сбъдва – квантовите компютри симулират раждането на Вселената
Физиците са все по-близо до предизвикването, което Ричард Файнман дефинира още през 1981 година: в случай че светът е структуриран в квантови условия, то той би трябвало да бъде моделиран с квантови средства. Известната му концепция, че природата не е класическа и моделирането ѝ би трябвало да бъде квантово, в този момент се осъществя в огромен интернационален план. Класическите компютри не могат да се оправят с описанието на комплицираните процеси заради експоненциалното повишаване на изчислителните разноски при работа със заплетени положения. Квантовите устройства, учредени на правилата на суперпозицията и заплитането, имат капацитета да решат този проблем.
Неотдавнашни опити потвърдиха, че квантовите симулатори стартират да извършват предназначението си. В Инсбрук (Австрия) групата на Мартин Рингбауер дружно с Кристин Мушик от Университета на Ватерло съумя да възпроизведе сектор от двумерно електромагнитно поле. Учените записали квантово събитие – зараждането и изгубването на двойки частици на фона на флуктуации. Въпреки че електродинамиката от дълго време е добре проучена, задачата на екипа е по-широка: практикувайки методите върху известни теории, те се стремят да стигнат до процеси, които са недостъпни за обичайните калкулации, като да вземем за пример положенията на материята в рисковите условия на ранната Вселена.
Изследователите употребяват разнообразни тактики, с цел да се придвижат към тази цел. Някои от тях употребяват цифрови квантови компютри с кубити, които могат да бъдат в положения 0 и 1 по едно и също време. Други се насочват към системи от кудити, които могат да съществуват в три или повече положения. Този метод беше изключително ефикасен в Инсбрук: преобразуването на логаритъма на Мушик от кубити в кудити понижи броя на стъпките 10 пъти и понижи вероятността от неточности. Тяхната настройка се основава на йоните на калций-40, при които за шифроване на информацията се употребяват пет енергийни равнища. Пет йона са били задоволителни, с цел да се симулира двуизмерен сектор от полето: четири в ъглите и един в центъра. Дори в подобен най-малък вид е било допустимо да се фиксират сигналите, съответстващи на пораждането и анихилацията на двойки частици.
Разработват се и аналогови симулатори. В тях една квантова система възпроизвежда държанието на друга без логаритми вид „ малко по малко “: учените просто следят естествената еволюция на модела. През 2020 година върху масив от 71 рубидиеви атома, охладени съвсем до безспорната нула, беше построен едноизмерен аналогов симулатор на квантова електродинамика. През 2024 година в списание Nature физиците демонстрираха по какъв начин аналоговият симулатор възпроизвежда резултата на скъсване на струните, при който електрическото поле сред частиците се „ срутва “ заради зараждането на нова двойка. Въпреки че сходни опити към момента са лимитирани по размерност и не обгръщат всички динамични резултати, те показват капацитета на метода.
Квантовата хромодинамика, доктрина на мощното взаимоотношение, която изяснява по какъв начин кварките и глюоните образуват протони и неутрони, се смята за съществена цел на квантовите симулации. Тази област е извънредно комплицирана и класическите калкулации бързо доближават своите граници. Учените се надяват, че точно квантовите компютри ще ни оказват помощ да разберем по какъв начин се е държала материята в първите мигове от съществуването на Вселената, както и да ни дават ключове към основаването на нови материали, в това число екзотични положения като свръхпроводимост при стайна температура.
Вече са създадени логаритми за моделиране на адронните конфликти на кюдити. При сходни процеси протоните и неутроните се разпадат в „ чорба “ от кварки и глюони и по-късно бързо се рекомбинират. Симулациите на тези събития могат да хвърлят светлина върху механизмите на раждане на адроните в ранната Вселена. Привържениците на аналоговия метод считат, че той е най-подходящ за изложение на многокварковите системи и феномени като кварк-глуонната плазма. През декември 2024 година група от Шънджън и Мюнхен възпроизвежда на рубидиев симулатор прехода сред плазменото положение на кварките и обвързваното положение на адроните.
Налице са и хибридни решения. През февруари 2025 година на един от процесорите на Гугъл е изпълнена симулация, съчетаваща цифрови и аналогови подходи. Тази композиция дава по едно и също време еластичност на логаритмите и непринуденост на еволюцията на модела.
